物理前沿

室溫量子網絡研究

上海交通大學物理與天文學院金賢敏團隊和李家明院士合作，實驗上首次基于室溫原子系綜實現了獨立量子存儲節點之間的預報量子糾纏建立。相關成果發表于Optica。研究團隊主要使用了兩項巧妙但是易于操控的設計，分別是針對正交偏振干涉儀的鎖相設計和控溫精度極高的濾波腔設計，它們為成功實現室溫原子系綜的預報糾纏提供了有力的技術支持。最終，研究團隊成功觀察到室溫存儲器間量子糾纏。基于穩定的相位鎖定和強大的濾波能力，研究團隊觀察到了高干涉對比度的量子干涉曲線，并成功地重構出兩個獨立室溫原子系綜之間預報糾纏的密度矩陣，充分驗證了這種糾纏的存在。

文章封面圖：成功構建兩個室溫原子系綜間的預報量子糾纏（圖片來源于上海交通大學新聞學術網）

文章配圖：室溫量子網絡解決方案的實驗裝置模型圖（圖片來源于上海交通大學新聞學術網）

多功能鈍化實現穩定、低開路電壓損失的鈣鈦礦太陽能電池

武漢大學物理科學與技術學院方國家等人開展了鈣鈦礦電池的合作研究。相關成果發表于Nature Photonics。該研究通過采用丁胺分子對三維鈣鈦礦表面的處理，在三維鈣鈦礦表面形成了梯度能級分布的二維鈣鈦礦表面鈍化層；同時丁胺分子在熱動力學的驅動下自上而下擴散，在鈣鈦礦薄膜內的晶界處形成了二維/三維鈣鈦礦的本體異質結，從而有效降低了三維鈣鈦礦薄膜的面缺陷和體缺陷濃度。這種表面和體內的協同鈍化策略有效地降低了不同帶隙寬度鈣鈦礦薄膜中的非輻射復合損失。同時，由于二維鈣鈦礦具有良好的環境穩定性，基于這種方法制備的二維/三維鈣鈦礦電池，其穩定性也得到了顯著提高。

二維材料-鐵電混合系統光電探測

西安交通大學電信學部電子學院任巍教授、牛剛特聘研究員團隊與國內外科研人員合作，報道了二維材料-鐵電薄膜混合系統光電探測應用的新進展。相關成果發表于ACS NANO。文章回顧了二維材料和鐵電材料基礎，并進一步針對二維材料-鐵電材料混合系統的相互作用進行研究與討論。對鐵電材料極化對二維材料的能帶調控、電特性和光電特性增強進行了系統深入分析。對于器件工藝，特別是電極與溝道材料的接觸進行了討論，并總結了提高光電探測器性能的常見工藝與方法。針對不同器件結構的光電探測器進行系統討論，對光電探測器的結構、性能及突出特點進行總結，并針對鐵電材料對二維材料在光電應用中的調控作用進行了分析。

基于預啁啾管理放大技術的高增益高平均功率光纖激光器

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心常國慶研究員、魏志義研究員及西安電子科技大學王軍利教授等人，在棒狀光子晶體光纖中實現了高增益高平均功率的超短脈沖輸出。相關成果發表于Optics Letters。目前在超快光纖激光領域，驅動激光一般由啁啾脈沖放大技術加額外的后置壓縮級來產生小于50 fs的脈沖寬度。這種方案的后置壓縮級一般采用復雜的充氣裝置，因此系統復雜度很高。該研究利用數十毫瓦的弱小信號，僅通過結構緊湊的一級放大器就獲得了平均功率大于100W、增益高達38dB的超短脈沖，優化參數補償色散后脈沖寬度短至37fs。

冰基光纖新材料

浙江大學光電學院郭欣副教授和童利民教授與合作者發現生長成單晶微納光纖的冰，在性能上與玻璃光纖相似，既能夠靈活彎曲，又可以低損耗傳輸光。相關成果發表于Science。研究團隊在大量實驗基礎上，改進了已有的電場誘導冰晶制備方法，成功生長了直徑從800納米到10微米的高質量冰單晶微納光纖。在冷凍電鏡下，驗證了這些沿c軸生長的冰單晶微納光纖具有很好的直徑均勻性和表面光滑度。研究發現，通過大應變彎曲冰微納光纖，有可能為相變所需的高壓提供一種簡單的解決方案。此外還發現，該材料對光場的響應特性取決于其組成元素、分子結構及其排列方式。

冰微納光纖導光示意圖（左圖）及光學顯微鏡下的寬帶光傳輸實驗照片（右圖）（圖片來源于浙江大學網站）

材料對光場的響應特性取決于其組成元素、分子結構及其排列方式。（圖片來源于浙江大學網站）

費米弧電子在外爾軌道中的回旋輸運特性

復旦大學物理系教授修發賢等人撰寫了關于新型外爾電子回旋軌道的綜述。相關文章發表于Nature Reviews Physics。作者對外爾軌道的形成機制和物理特性等方面做了系統性的介紹，并從三維量子霍爾效應和低散射概率特性兩個方面深入研究了外爾軌道在材料電學行為中的影響。外爾軌道在保證朗道能級不色散的條件下，引入了平行磁場的第三個維度無耗散運動。這個特殊物理過程使得量子霍爾回旋軌道突破了二維空間的限制，拓展到了更高維度。同時，外爾軌道中的費米弧由于其準線性的電子結構，能有效抑制電子間的散射概率，在高電子態密度的情況下仍能具有很高的遷移率。

“無噪聲光子回波”量子存儲方案

中國科技大學郭光燦院士團隊在量子存儲及量子網絡研究中取得原創性進展。相關成果發表于Nature Communications。光子回波作為光與物質作用的一種基本物理過程，已在眾多學科領域取得廣泛應用，代表性的應用有核磁共振成像（射頻波段）、電子順磁共振譜儀（微波段）及二維電子光譜（光波段）等。然而強電磁波脈沖作用在原子系綜上，會給原子上能級帶來殘留布居數，導致自發輻射噪聲。研究團隊的李傳鋒、周宗權研究組提出并實驗實現無噪聲光子回波，實測噪聲比前人的結果降低了670倍，首次觀察到單光子的光子回波，并由此實現了高保真度的固態量子存儲。

新型核用復合陶瓷研發及輻照性能評價

中國科學院近代物理研究所核能工程材料室科研人員在核用復合陶瓷材料研發及輻照評價研究方面取得進展。相關成果發表于Ceramics International。科研人員以高強度的氧化鋯增韌氧化鋁（ZTA）為基體，通過添加具有高彈性模量的碳化物顆粒或晶須，制備了相變+顆粒+晶須協同增韌的強韌化復合陶瓷。依托蘭州重離子加速器（HIRFL）、低能量強流高電荷態重離子研究裝置（LEAF）及320kV綜合實驗平臺等裝置提供的離子束流，開展了強韌化ZTA復合陶瓷的抗輻照性能評價研究，發現具有特定組織結構和成分的復合陶瓷可以有效抑制大尺寸氦泡的形成和生長，并證實了復合陶瓷具有更為優異的抗輻照非晶化能力。